Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ii DANH MỤC HÌNH VẼ v LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1 3 KÊNH THÔNG TIN VÔ TUYẾN 3 1.1 Mở đầu 3 1.2 Kênh tạp âm AWGN 3 1.2.1 Tập âm AWGN 3 1.2.2 Phổ công suất của tạp âm trắng có băng tần giới hạn 5 1.2.3 Mô hình truyền dẫn qua kênh AWGN 6 1.3 Kênh truyền dẫn phân tập đa đường (kênh fading) 7 1.3.1 Mô hình truyền dẫn phân tập đa đường 7 1.3.2 Kênh không phụ thuộc thời gian (Timeinvariant channel) 8 1.3.3 Kênh phụ thuộc thời gian 9 1.3.4 Hậu quả của truyền dẫn phân tập đa đường 11 1.4 Các mô hình kênh pha đinh cơ bản 12 1.4.1 Kênh phađinh Rice (Kênh Rice) 12 1.4.2 Kênh Gaoxơ 12 1.4.3 Kênh phađinh Rayleigh 12 1.5 Kết luận 13 Chương 2 15 TỔNG QUAN VỀ MIMO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TẬP 15 2.1 Phân tập thu 15 2.1.1 Mở đầu 15 2.1.2 Kết hợp chọn lọc (Selection Combining) 15 2.1.3 Kết hợp tỷ lệ tối đa (Maximal Ratio Combining) 17 2.1.4 Kết hợp đồng độ lợi (Equal Gain Combining) 18 2.2 Phân tập phát 19 2.2.1 Mở đầu 19 2.2.2 Phân tập phát tỷ lệ tối đa (MRT: MaximalRatio Transmit) và phân tập phát giữ chậm 20 2.2.3 Phân tập phát không gian thời gian 22 2.3. Tổng quan hệ thống MIMO 27 2.3.1 Mô hình, dung lượng kênh MIMO 27 2.4. Các phương pháp truyền dẫn trên kênh truyền MIMO 35 2.4.1. Ghép kênh không gian (SDM : Spatial Division Multiplexing) 36 2.4.2 Mã hóa không gian thời gian (STC Space Time Code) 37 Chương 3 43 KỸ THUẬT MÃ KHỐI KHÔNG GIAN THỜI GIAN VI SAI 43 3.1 Mở đầu 43 3.2 Mã vi sai cho anten phát đơn 43 3.3 Mã hóa không gian thời gian vi sai 47 3.3.1 Một trường hợp đặc biệt của mã hóa vi sai 53 3.4 Giải mã vi sai 54 3.5 Kết quả mô phỏng 61 3.6 Mã hóa không gian thời gian với nhiều hơn hai anten phát 63 3.6.1 Mã hóa vi sai cho bốn anten phát 64 3.6.2 Mở rộng cho trường hợp đặc biệt 68 3.6.3 Kết quả mô phỏng cho nhiều hơn hai anten phát 71 3.7 Kết luận 73
MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xi AWGN xii Additive White Gaussian Noise xii Tạp âm Gauss cộng trắng xii BER xii Bit Error Rate xii Tỉ lệ lỗi bít xii BPSK xii Binary Phase Shift Keying xii Khóa dịch pha nhị phân xii BS xii Base Station xii Trạm gốc xii CCI xii Co-Channel Interference xii CDMA xii Code Division Multiple Access xii Đa truy nhập phân chia theo mã xii CF xii Cost Function xii Hàm chi phí xii DEMUX xii Demultiplexing xii Bộ phân kênh xii DPSK xii Differential DPSK xii i Điều chế PSK vi sai xii EGC xii Equal-Gain Combining xii Kết hợp đồng độ lợi xii FDMA xii Frequency Division Multiple Access xii Đa truy nhập phân chia theo tần số xii ISC xii Information Status Channel xii Thông tin trạng thái kênh xii LS xii Least Square xii Bình phương nhỏ nhất xii MIMO xii Multiple Input Multiple Output xii Đa đầu vào đa đầu ra xii MLD xii Maximum Likelihood Detector xii Tách sóng hợp lệ tối đa xii MMSE xii Minimum Mean Square Error xii Sai số trung bình bình phương tối thiểu xii MRC xii Maximal-Ratio Combining xii Kết hợp tỉ lệ tối đa xii MUX xii Multiplexing xii Bộ ghép kênh xii MS xii Mobile Station xii ii Trạm di động xii OSTBC xii Orthogonal Space time block coding xii Mã không gian thời gian trực giao xii PDF xii Power Density Function xii Hàm mật độ xác suất xii PIC xii Parallenl Interference xii Triệt nhiễu song song xii PSK xii Phase shift key xii Khóa dịch pha xii QPSK xii Quaternary phase shift keying xii Khóa dịch pha vuông góc xii RX xii Receiver xii Máy thu xii SC xii Selection Combining xii Kết hợp chọn lọc xii SDM xii Spatial Division Multiplexing xii Phân kênh theo không gian xii SIMO xii Single Input Multiple Output xii Một đầu vào đa đầu ra xii SINR xii Signal to Interference plus Noise Ratio xii iii Tỉ số tín hiệu trên tạp âm cộng với nhiễu xii SISO xii Single Input Single Output xii Một đầu vào một đầu ra xii SNR xii Signal to Noise Ratio xii Tỉ số tín hiệu trên nhiễu xii STBC xii Space time block coding xii Mã khối không gian thời gian xii STC xii Space-time Codes xii Mã không gian thời gian xii STD xiii Space time decoder xiii Bộ giải mã không gian thời gian xiii STE xiii Space time encoder xiii Bộ mã hóa không gian thời gian xiii SVD xiii Singular Value Decomposition xiii Phân tích đơn trị xiii TDMA xiii Time Division Multiple Access xiii Đa truy nhập phân chia theo thời gian xiii TX xiii Transmitter xiii Máy phát xiii ZF xiii Zero-Forcing xiii iv Cưỡng bức bằng không xiii DANH MỤC HÌNH VẼ xiv STT xv Tên hình xv Trang xv Hình 1.1 xv Hàm mật độ xác suất của phân bố Gauss chuẩn xv 4 xv Hình 1.2 xv Mật độ phổ công suất tạp âm trắng xv 5 xv Hình 1.3 xv Hàm tự tương quan xv 6 xv Hình 1.4 xv Mô hình truyền dẫn tín hiệu BPSK trên kênh AWGN xv 6 xv Hình 1.5 xv Kết quả mô phỏng phẩm chất BPSK trên kênh AWGN xv 7 xv Hình 1.6 xv Mô hình truyền dẫn đa đường xv 8 xv Hình 1.7 xv Mô tả sự di chuyển của MS so với BS xv 9 xv Hình 1.8 xv Mật độ phổ của tín hiệu thu xv 10 xv Hình 1.9 xv v Đáp ứng xung của một bộ lọc FIR xv 11 xv Hình 1.10 xv Hàm phân bố Rayleigh với xv 13 xv Hình 2.1 xv Phương pháp kết hợp chọn lọc xv 16 xv Hình 2.2 xv Phân phối xác suất (PDF) của SNR cho phương pháp kết hợp phân tập chọn lọc. xv 16 xv Hình 2.3 xv Phương pháp kết hợp tỷ lệ tối đa xv 17 xv Hình 2.4 xv 18 xv Hình 2.5 xv Độ lợi phân tập của các phương pháp kết hợp phân tập xv 19 xv Hình 2.6 xv các đường phản hồi xv 21 xv Hình 2.7 xv Sơ đồ phân tập phát giữ chậm với N nhánh phân tập xv 21 xv Hình 2.8 xv Sơ đồ máy phát mã khối STBC Alamouti với 2 anten phát và 1 anten thu xv 22 xv Hình 2.9 xv vi Bảng mã hóa xv 23 xv Hình 2.10 xv Sơ đồ Alamouti STBC với 2 anten phát và 2 anten thu xv 24 xv Hình 2.11 xv Phẩm chất BER của các hệ thống Alamouti STBC so với các hệ thống MRC xv 27 xv Hình 2.12 xv Mô hình kênh MIMO vô tuyến xv 28 xv Hình 2.13 xv Mô hình tương đương của kênh truyền SISO xv 30 xv Hình 2.14 xv Mô hình tương đương của kênh truyền MISO xv 30 xv Hình 2.15 xv Mô hình tương đương của kênh truyền SIMO xv 31 xv Hình 2.16 xv Dung lượng kênh truyền MIMO pha-đinh Rayleigh xv 35 xv Hình 2.17 xv Phương pháp phân kênh theo không gian xv 36 xv Hình 2.18 xv Sơ đồ khối mã hóa không gian thời gian xv 37 xv Hình 3.1 xv vii Sơ đồ khối mã hóa DPSK xv 44 xv Hình 3.2 xv Hai vùng tách sóng của điều chế PSK và dạng tỉ lệ của nó xv 45 xv Hình 3.3 xvi Sơ đồ khối mã hóa không gian thời gian vi sai xvi 48 xvi Hình 3.4 xvi Sơ đồ khối mã thời gian không gian vi sai xvi 54 xvi Hình 3.5 xvi Sơ đồ khối bộ giải mã không gian thời gian xvi 47 xvi Hình 3.6 xvi So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp, với điều chế BPSK và hai anten phát trên các kênh fading chậm xvi 62 xvi Hình 3.7 xvi So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp, với điều chế QPSK và hai anten phát trên kênh pha đinh chậm xvi 62 xvi Hình 3.8 xvi 63 xvi Hình 3.9 xvi So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp cho tín hiệu BPSK với ba anten phát và một anten thu trên kênh fading Rayleigh xvi 72 xvi Hình 3.10 xvi viii So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp cho tín hiệu BPSK với bốn anten phát và một anten thu trên kênh fading Rayleigh xvi 72 xvi LỜI NÓI ĐẦU 1 Một trong các kết quả nghiên cứu nổi bật là việc ứng dụng đa anten trong các máy thu phát nhằm nâng cao dung lượng kênh truyền và cải tiến chất lượng truyền dẫn tín hiệu. Việc sử dụng đa anten ở các máy thu phát mở ra một phương pháp truyền dẫn tín hiệu mới là phương pháp truyền dẫn không gian- thời gian, tín hiệu truyền qua các anten được mã hoá trên cả hai miền thời gian và không gian. Nhờ các phương pháp xử lý thích hợp ở máy thu cho phép thu được độ lợi phân tập không gian tỉ lệ với số lượng anten sử dụng, và vì vậy, giảm thiểu sai số truyền dẫn. Một ví dụ điển hình về truyền dẫn không gian-thời gian là các hệ thống thông tin đa đầu vào-đa đầu ra (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) và các hệ thống mã không gian-thời gian (STC: Space-Time Codes) 1 Trong hệ thống mã không gian thời gian, một yêu cầu đặt ra là: máy thu phải biết trước được thông tin trạng thái kênh, để từ đó có thể ước lượng, giải mã tín hiệu phát. Trong một số trường hợp, như truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, rất khó có thể ước lượng chính xác thông tin trạng thái kênh. Một kỹ thuật mới được đưa ra là: Mã hóa không gian thời gian vi sai. Nhờ kỹ thuật này, máy thu vẫn có thể giải mã được tín hiệu phát mà không cần biết thông tin trạng thái kênh 1 Đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật mã khối không gian thời gian vi sai” em chọn cho đồ án tốt nghiệp, với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu một kỹ thuật mã hóa, áp dụng cho các thiết bị vô tuyến số nhằm nâng cao chất lượng truyền dẫn 1 Nội dung đồ án gồm 3 chương: 1 Chương 1 3 KÊNH THÔNG TIN VÔ TUYẾN 3 1.1 Mở đầu 3 1.2 Kênh tạp âm AWGN 3 1.3 Kênh truyền dẫn phân tập đa đường (kênh fading) 7 ix 1.4 Các mô hình kênh pha đinh cơ bản 12 1.5 Kết luận 13 Chương 2 15 TỔNG QUAN VỀ MIMO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TẬP 15 2.1 Phân tập thu 15 2.2 Phân tập phát 19 2.4. Các phương pháp truyền dẫn trên kênh truyền MIMO 35 x [...]... Rayleigh Phng phỏp phõn kờnh theo khụng gian S khi mó húa khụng gian thi gian S khi mó húa DPSK Hai vựng tỏch súng ca iu ch PSK v dng t l 28 30 30 31 35 36 37 44 45 ca nú xv Hỡnh 3.3 Hỡnh 3.4 Hỡnh 3.5 Hỡnh 3.6 S khi mó húa khụng gian thi gian vi sai S khi mó thi gian khụng gian vi sai S khi b gii mó khụng gian thi gian So sỏnh hiu qu ca mó STBC vi sai v kt hp, vi 48 54 47 62 iu ch BPSK v hai anten... ca mó STBC vi sai v kt hp, vi 62 iu ch QPSK v hai anten phỏt trờn kờnh pha inh Hỡnh 3.8 chm So sỏnh hiu qu ca mó STBC kt hp v vi sai vi 63 iu ch 8-PSK v hai anten phỏt trờn kờnh pha inh Hỡnh 3.9 chm So sỏnh hiu qu ca mó STBC vi sai v kt hp cho 72 tớn hiu BPSK vi ba anten phỏt v mt anten thu trờn Hỡnh 3.10 kờnh fading Rayleigh So sỏnh hiu qu ca mó STBC vi sai v kt hp cho 72 tớn hiu BPSK vi bn anten... truyn dn khụng gianthi gian, tớn hiu truyn qua cỏc anten c mó hoỏ trờn c hai min thi gian v khụng gian Nh cỏc phng phỏp x lý thớch hp mỏy thu cho phộp thu c li phõn tp khụng gian t l vi s lng anten s dng, v vỡ vy, gim thiu sai s truyn dn Mt vớ d in hỡnh v truyn dn khụng gian- thi gian l cỏc h thng thụng tin a u vo-a u ra (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) v cỏc h thng mó khụng gian- thi gian (STC:... nghiờn cu v phng phỏp phõn tp khụng gian in hỡnh l phõn tp khụng gian thu v phỏt Trong chng ny ta cng nghiờn cu tng quan v h thng MIMO, cỏc phng phỏp truyn dn s dng trong ú Chng 3 K thut mó khi khụng gian thi gian vi sai Ta nghiờn cu phng phỏp mó húa, gii mó vi mt, hai hay nhiu hn hai anten phỏt Qua mụ phng, s xem so sỏnh hiu qu ca k thut ny vi mó khi khụng gian thi gian thụng thng Em xin chõn thnh cm... theo khụng gian Mt u vo a u ra T s tớn hiu trờn tp õm SISO SNR STBC Ratio Single Input Single Output Signal to Noise Ratio Space time block coding cng vi nhiu Mt u vo mt u ra T s tớn hiu trờn nhiu Mó khi khụng gian thi Space-time Codes gian Mó khụng gian thi gian CF DEMUX DPSK EGC FDMA ISC LS MIMO MLD MMSE MRC MUX MS OSTBC STC xii STD STE SVD TDMA TX ZF Space time decoder B gii mó khụng gian thi Space... khụng gian- thi gian (STC: Space-Time Codes) Trong h thng mó khụng gian thi gian, mt yờu cu t ra l: mỏy thu phi bit trc c thụng tin trng thỏi kờnh, t ú cú th c lng, gii mó tớn hiu phỏt Trong mt s trng hp, nh truyn dn d liu tc cao, rt khú cú th c lng chớnh xỏc thụng tin trng thỏi kờnh Mt k thut mi c a ra l: Mó húa khụng gian thi gian vi sai Nh k thut ny, mỏy thu vn cú th gii mó c tớn hiu phỏt m khụng... nhỏnh phõn tp vi 21 Hỡnh 2.7 Hỡnh 2.8 cỏc ng phn hi S phõn tp phỏt gi chm vi N nhỏnh phõn tp S mỏy phỏt mó khi STBC Alamouti vi 2 anten 21 22 Hỡnh 2.9 Hỡnh 2.10 Hỡnh 2.11 phỏt v 1 anten thu Bng mó húa S Alamouti STBC vi 2 anten phỏt v 2 anten thu Phm cht BER ca cỏc h thng Alamouti STBC so 23 24 27 Hỡnh 2.12 Hỡnh 2.13 Hỡnh 2.14 Hỡnh 2.15 Hỡnh 2.16 Hỡnh 2.17 Hỡnh 2.18 Hỡnh 3.1 Hỡnh 3.2 vi cỏc h thng... CC T VIT TT xi AWGN BER BPSK BS CCI CDMA Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate Binary Phase Shift Keying Base Station Co-Channel Interference Code Division Multiple Access Tp õm Gauss cng trng T l li bớt Khúa dch pha nh phõn Trm gc a truy nhp phõn chia theo Cost Function Demultiplexing Differential DPSK Equal-Gain Combining Frequency Division Multiple mó Hm chi phớ B phõn kờnh iu ch PSK vi sai. .. thut mi c a ra l: Mó húa khụng gian thi gian vi sai Nh k thut ny, mỏy thu vn cú th gii mó c tớn hiu phỏt m khụng cn bit thụng tin trng thỏi kờnh ti: Nghiờn cu k thut mó khi khụng gian thi gian vi sai em chn cho ỏn tt nghip, vi mc ớch tỡm hiu, nghiờn cu mt k thut mó húa, ỏp dng cho cỏc thit b vụ tuyn s nhm nõng cao cht lng truyn dn Ni dung ỏn gm 3 chng: Chng 1: Kờnh thụng tin vụ tuyn Trong chng ny tỡm... MLD MMSE MRC MUX MS OSTBC STC xii STD STE SVD TDMA TX ZF Space time decoder B gii mó khụng gian thi Space time encoder gian B mó húa khụng gian thi Singular Value Decomposition Time Division Multiple Access gian Phõn tớch n tr a truy nhp phõn chia theo Transmitter Zero-Forcing thi gian Mỏy phỏt Cng bc bng khụng xiii DANH MC HèNH V xiv STT Hỡnh 1.1 Hỡnh 1.2 Hỡnh 1.3 Hỡnh 1.4 Hỡnh 1.5 Tờn hỡnh Hm mt . xvi Sơ đồ khối mã hóa không gian thời gian vi sai xvi 48 xvi Hình 3.4 xvi Sơ đồ khối mã thời gian không gian vi sai xvi 54 xvi Hình 3.5 xvi Sơ đồ khối bộ giải mã không gian thời gian xvi 47 xvi Hình. khối mã hóa không gian thời gian vi sai 48 Hình 3.4 Sơ đồ khối mã thời gian không gian vi sai 54 Hình 3.5 Sơ đồ khối bộ giải mã không gian thời gian. 47 Hình 3.6 So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai. coding Mã khối không gian thời gian STC Space-time Codes Mã không gian thời gian xii STD Space time decoder Bộ giải mã không gian thời gian STE Space time encoder Bộ mã hóa không gian thời gian SVD